本发明专利技术涉及一种锂离子电池用高能硅碳复合负极材料及制造工艺。本发明专利技术负极材料以硅粉或硅粉与石墨粉混合物作为核心材料，以热解碳作为壳体材料，用壳体材料包覆核心材料。本发明专利技术给出的负极材料制造工艺该方法的关键在于对中间相沥青进行纳米级加工，并使纳米级中间相沥青呈半液体状态，通过纳米喷射装置将半液体状纳米级中间相沥青喷射到硅粉基材表面或硅粉与石墨粉混合物基材表面，实现均匀包覆，最后经过传统的干燥、碳化、石墨化过程，并在碳化、石墨化化过程中加以高强磁场，得到二次电池负极材料。采用本发明专利技术工艺制造的高能硅碳电池粉，其比容量可以高达１０５０ｍＡｈ／ｇ以上，经５００次循环后，仍可保持８０％以上的容量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池用负极材料及制造工艺，尤其是锂离子电池用高能硅碳复合负极材料及制造工艺。
技术介绍
二次电池是自上个世纪九十年代以来继镍氢电池之后的新一代电池以锂离子电池为代表，因其具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，成为目前高档电子消费品首选的化学电源，并已经渗透到航空航天、军事等尖端
伴随着其与日倶增的需求，二次电池正成为新世纪科学技术研究与开发的重点和热点。 目前商业化应用中最多的是石墨类负极材料，但其理论比容量只有372mAh/g， 限制了锂离子电池容量的进一步提高。目前学术界对一些新型负极材料如A1、 Sn、 Sb、 Si及其合金材料研究非常活跃，因其具有远比石墨高的比容量，如单晶硅比容量可以高达 4200mAh/g。但该类负极材料高的体积效应造成了较差的循环稳定性，影响了其商业化进 程。因此如何使这些材料可以实用化是当今锂离子电池研究的热点问题。 目前，研究人员采用了各种硅的复合材料，如Si-Ni合金、Ti-Si合金等材料，单独 或者与石墨进行复合制作硅碳材料，在循环性能上得到了一定的改善但依然不够理想。除 采用硅复合材料以外，还有研究人员采用了硅纳米线(直径15nm、长度几百纳米)制作负极 材料，虽然显著提高了其容量及循环性能，但是制作成本高昂，大规模商用困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂离子电池用高能硅碳复合负极材料及制造工艺。 为实现上述专利技术目的，本专利技术给出了一种锂离子电池用高能硅碳复合负极材料技 术方案，该锂离子电池用高能硅碳复合负极材料由核心材料和壳体材料构成，用壳体材料 包覆核心材料，所述核心材料为硅粉或硅粉与石墨粉混合物，所述壳体材料为热解碳。 在上述技术方案中，所述核心材料硅粉的重量百分比为10% 60%，所述壳体材 料的热解碳重量百分比为40% 90%。所述硅粉为单晶硅粉或多晶硅粉，纯度为99% 99. 999999%，其颗粒为微米级及亚微米级，粒度在0. l-25iim之间。所述热解碳是以纳米 级中间相沥青为前驱体材料制得。形成热解碳壳体结构的前驱体材料纳米级中间相沥青， 是将中间相沥青浸入纳米研磨机进行湿式研磨2-3小时得到，研磨后中间相沥青的粒度为 30nm至50nm。 在上述技术方案中，所述核心材料硅粉的重量百分比为5% 50%，所述核 心材料石墨粉的重量百分比为35% 90%，所述壳体材料的热解碳重量百分比为 5% 15%。所述硅粉为单晶硅粉或多晶硅粉，纯度为99 % 99. 999999%，其颗粒为 微米级及亚微米级，粒度在O. l-25ym之间。所述石墨粉为高纯度石墨粉，其纯度为 99. 9% -99. 99999999% ，粒度在5-40 iim之间。所述热解碳是以纳米级中间相沥青为前驱 体材料制得。形成热解碳壳体结构的前驱体材料纳米级中间相沥青，是将中间相沥青浸入4纳米研磨机进行湿式研磨2-3小时得到，研磨后中间相沥青的粒度为30nm至50nm。 为实现上述专利技术目的，本专利技术还给出了一种锂离子电池用高能硅碳负极材料的制 造工艺。 本专利技术给出的用硅粉直接包覆热解碳形成锂离子电池负极材料的制造工艺步骤 条件如下 (1)将10% 60%硅粉放入到加入惰性气体保护的高温反应釜中，高温反应 釜升温速率为每1小时升温10(TC、加温时间为3-5小时、使高温反应釜内的温度为 300°C _500°C ，高温反应釜搅拌速度为60-300转/分钟，在高温反应釜中完全干燥并烧掉一 些污染物； (2)使高温反应釜降温至200°C -300°C，该高温反应釜内温度接近但不超过纳米 级中间相沥青的软化点； (3)将用于包覆层的40% -90%纳米级中间相沥青输入到热管中加温3-10秒钟， 使经过热管的纳米级中间相沥青温度为200°C _3501:，该温度略高于纳米级中间相沥青的 软化点，从而得到纳米级半液体中间相沥青； (4)将经过热管加温得到的半液体纳米级中间相沥青送至纳米喷嘴，经纳米喷嘴 高速喷出的纳米级中间相沥青雾滴进入到所述的高温反应釜中，高温反应釜的搅拌速度为 60-300转/分钟，在高温反应釜中，纳米级中间相沥青雾滴混合包覆硅粉2-3小时，此过程 高温反应釜内温度为200°C -300°〇，该温度接近但不超过纳米级中间相沥青的软化点，高 温反应釜内的压力为10—5_10—3Pa ; (5)将已包覆硅粉经管路从高温反应釜送入真空干燥炉，真空干燥炉内充有惰性 气体(氦气或氖气或氩气、氦氖混合气、氦氩混合气、氖氩混合气、氦氖氩混合气)，真空干 燥炉内温度在400°C _500"，真空干燥炉内压力为10—5-10—卞a，干燥时间为2_3小时； (6)干燥后处理后的包覆硅粉经管路再送入高温碳化真空炉，高温碳化真空炉内 充有惰性气体，高温碳化真空炉内的压力为10—4_10—屮a，高温碳化真空炉的温升速率为每 小时升温IO(TC，使高温碳化真空炉的温度为700-1600°C，高温碳化炉内加有高强磁场，高 强磁场的强度范围为100-20000GS，碳化过程时间为12-20小时； (7)碳化处理后的包覆硅粉经管路再送入高温石墨化真空炉，高温石墨化真空炉 内充有惰性气体，高温石墨化真空炉内的压力为10—4_10—中a，高温石墨化真空炉的温升速 率为每小时升温IO(TC，使高温石墨化真空炉的温度为1600-300(TC，高温石墨化炉内加有 高强磁场，石墨化过程时间为12-20小时，得到均匀的碳包覆硅微粉。 本专利技术给出的硅粉与高纯石墨粉混合物包覆热解碳，形成锂离子电池负极材料的 制造工艺步骤条件如下 (1)将5 % -50 %的硅粉和35 % -90 %石墨粉投入混合机(锥形混合机或双轴桨叶 式混合机)中，进行中速混合，混合时间为10分钟-4小时； (2)将5% _50%硅粉和35% _90%石墨粉的混合物放入到加入惰性气体保护的高 温反应釜中，高温反应釜升温速率为每1小时升温IO(TC 、加温时间为3-5小时、使高温反应 釜内的温度为300°C -500°C，高温反应釜搅拌速度为60-300转/分钟，在高温反应釜中完 全干燥并烧掉一些污染物； (3)使高温反应釜降温至200°C -300°C，该高温反应釜内温度接近但不超过纳米级中间相沥青的软化点； (4)将用于包覆层的5%-15%纳米级中间相沥青输入到热管中加温3_10秒钟，使 经过热管的纳米级中间相沥青温度为200°C _3501:，该温度略高于纳米级中间相沥青的软 化点，从而得到纳米级半液体中间相沥青； (5)将经过热管加温得到的半液体纳米级中间相沥青送至纳米喷嘴，经纳米喷嘴 高速喷出的纳米级中间相沥青雾滴进入到所述的高温反应釜中，高温反应釜的搅拌速度为 60-300转/分钟，在高温反应釜中，纳米级中间相沥青雾滴混合包覆硅粉2-3小时，此过程 高温反应釜内温度为200°C -300°〇，该温度接近但不超过纳米级中间相沥青的软化点，高 温反应釜内的压力为10—5-10—3Pa ; (6)将已包覆硅粉经管路从高温反应釜送入真空干燥炉，真空干燥炉内充有惰性 气体(氦气或氖气或氩气、氦氖混合气、氦氩混合气、氖氩混合气、氦氖氩混合气)，真空干 燥炉内温度在4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池用高能硅碳复合负极材料，其特征在于：该负极材料由核心材料和壳体材料构成，用壳体材料包覆核心材料，所述核心材料为硅粉或硅粉与石墨粉混合物，所述壳体材料为热解碳。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：耿世达，
申请(专利权)人：大连丽昌新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：[]
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